熱・波動｜高専・大学

高専・大学物理熱・波動

熱・波動

熱・波動教科書
熱・波動問題集問題集

熱・波動

定価：1,980円（本体1,800円＋税）
体裁：A5判／ 2色／ 212頁
ISBN：978-4-477-02051-8

著者
著者	柴田洋一（小山工業高等専門学校教授）	勝山智男（沼津工業高等専門学校名誉教授）	鈴木三男（福島工業高等専門学校教授）
著者	長澤修一（函館工業高等専門学校教授）	加藤清考（小山工業高等専門学校准教授）	青山歓生（和歌山工業高等専門学校教授）
校閲
校閲	高木隆司（東京農工大学名誉教授）	早野龍五（東京大学名誉教授）
校閲	高橋邦夫（木更津工業高等専門学校名誉教授）	工藤康紀（大分工業高等専門学校名誉教授）

「熱・波動」のねらい

熱・波動では，『力学Ⅰ』の知識を前提として「熱」と「波動」について，高校物理レベルから大学初年次レベルまでの内容を，基礎から定式化まで丁寧に解説しました。

目次	熱：第１章　熱エネルギー（現象編）熱運動／熱容量／熱膨張／熱の伝達のしかた
	熱：第２章　気体（現象編）圧力とその単位／ボイル・シャルルの法則／気体分子運動論
	熱：第３章　熱力学（現象編）熱力学第一法則／気体の状態変化／モル比熱／熱機関
	熱：第４章気体の分布関数（定式化編）理想気体／重力場中の理想気体／マクスウェル分布／ファンデルワールスの状態方程式／非平衡状態
	波動：第１章　波（現象編）波の表し方／横波と縦波／波の反射と干渉
	波動：第２章　音波（現象編）音の性質／固有振動と共振／音のドップラー効果
	波動：第３章　光波（現象編）光の進み方／幾何光学
	波動：第４章　波動方程式（定式化編）正弦波の数学的表現／波動方程式／波の反射と透過／波の干渉

現象編と定式化編

「熱・波動」は，現象編と定式化編に分かれています。
現象編は高校物理レベルを想定して，高度な数学はなるべく使わずに，観測事実をよりどころとして具体的でやさしく表現しました。
定式化編は，大学初年次レベルを想定して，微分積分等を用いてより系統的に説明しました。

熱【現象編】…第１章　熱エネルギー

ポイント
いくつかの物質の熱伝導率を表に示し，身近な現象と関連づけることにより，物理における式の意味が理解できるように配慮しました。

熱【定式化編】…第４章　気体の分布関数

ポイント①
現象編とのつながりがスムーズにわかるように，対応する章を振り返って説明を展開していきます。
ポイント②
現象編で説明した式について微分積分を用いて定式化し，次の節では熱伝導を導く流れになっています。

波動【現象編】…第１章　波

ポイント
現象編では，観測事実をよりどころとして初等的な指揮と作図のみで波動の概念を理解できるよう工夫しました。
ここでは，２つの波が強め合う条件を，初等的に導く方法を解説しています。
現象編であっても，なるべく公式を天下り的に与えることはせず，学生の自学自習を考慮して導出過程を丁寧に解説するように配慮しています。

波動【定式化編】…第４章　波動方程式

ポイント
定式化編では，波動方程式を基礎にして現象編で学んだ内容をより高度な視点から統一的に理解できるように配慮しています。
ここでは，正弦波（三角関数）の合成を用いて，２つの波が強め合う条件を解析的に導く方法を解説しています。

大学編入学試験対策や大学初年次の学習に

本書で扱っている定式化の内容は，大学の初年次で学習するような内容であるとともに，大学編入学試験でも取り上げられる内容です。
法則を定式化してから，現実の問題に適用できるところまで丁寧に説明しています。
大学初年次の物理学入門としても，大学編入学試験対策としてもお使いいただけます。

熱【現象編】…第３章　熱力学

ポイント
大学編入学試験でも扱われるエントロピーの概念を丁寧に説明し，例題を通してその計算例を解説しています。

波動【定式化編】…第４章　波動方程式

ポイント
細い棒を伝わる縦波に対する波動方程式を丁寧に導出した上で，いくつかの固体に対して理論値と測定値を比較して現実問題への適用を解説しています。

「参考」の充実

各章に関連する興味深い話題や，本文を補う説明を「参考」として取り上げました。
本文からの流れを大切にしつつ，歴史的な話題，発展的な話題など，各章の理解を深める内容を紹介しています。

熱【現象編】…第１章　熱エネルギー

ポイント
ここでは，ジュールによって求められた熱の仕事当量の歴史的な実験方法を紹介しています。

波動【現象編】…第２章　音波

ポイント
ここでは「弦を伝わる波の速さ」を次元解析によって求める方法を「参考」で紹介しました。
次元解析の方法は，波動の分野に限らず，広範囲で役立つ強力な方法です。

専門で必要になる内容を丁寧に説明

高校で扱われていない内容であっても，理工系の専門科目を学ぶ上で基礎となる内容については丁寧に説明しました。
これらの大部分は定式化編の中で解説していますが，専門科目の早い段階で学習する可能性のある内容については，現象編の本文中や「参考」の中で解説してあるものもあります。

熱【現象編】…第３章　熱力学

ポイント
等温変化の際に気体または外力がする仕事については高校では扱われていませんが，機械系・物質系の専門科目で早期に学習することに配慮して現象編の中で「参考」として解説しました。次の節では，この結果を利用してカルノーサイクルの熱効率の計算を行います。

波動【定式化編】…第４章　波動方程式

ポイント
細い棒を伝わる縦波の波動方程式に関連して，応力やひずみなどについて解説しました。これらは，高校では扱われていませんが，機械系・材料系の専門科目で学習することに配慮して，「参考」として解説しました。

正弦波の式の説明を工夫

正弦波の式のところで理解しにくいのは，媒質の変位 $y$ が，時刻 $t$ と媒質の位置 $x$ の２変数関数であることと考えられます。
本書では，このことを本文中で明確に説明した上で，位置 $x$ にある媒質の時刻 $t$ における変位 $y$ を $y(x,t)$ と具体的に書くことにより，振動の式，波形の式の区別が容易にできるように配慮しました。

波動【定式化編】…第４章　波動方程式

ポイント
$y(0,t)$ は，原点$(x=0)$にある媒質の時刻 $t$ における変位を表しており，振動の式$(y-t図)$を与えます。これをもとに位置 $x$ にある媒質の時刻 $t$ における変位 $y(x,t)$ を導きます。

熱・波動問題集

定価：1,026円（本体933円＋税））
体裁：A5判／ 96頁
ISBN：978-4-477-02364-9

監修
監修	柴田洋一（小山工業高等専門学校教授）
監修	勝山智男（沼津工業高等専門学校名誉教授）
著者
著者	鈴木三男（福島工業高等専門学校教授）
著者	加藤清考（小山工業高等専門学校准教授）

「熱・波動問題集」のねらい

「初歩から学ぶ基礎物理学熱・波動」に準拠した問題集です。
節ごとに，要点のまとめ，基礎問題，応用問題で構成されており，授業や自学自習の際に教科書の内容を着実に身につけることができます。
大学編入試験問題についても一部掲載しております。

目次	熱：第１章　熱エネルギー熱運動／熱容量／熱膨張／熱の伝達のしかた
	熱：第２章　気体圧力とその単位／ボイル・シャルルの法則／気体分子運動論
	熱：第３章　熱力学熱力学第一法則／気体の状態変化／モル比熱／熱機関
	熱：第４章　気体の分布関数理想気体／重力場中の理想気体／マックスウェル分布／ファンデルワールスの状態方程式／非平衡状態
	波動：第１章　波波の表し方／横波と縦波／波の反射と干渉
	波動：第２章　音波音の性質／固有振動と共振／音のドップラー効果
	波動：第３章　光波光の進み方／幾何光学
	波動：第４章　波動方程式正弦波の数学的表現／波動方程式／波の反射と透過
	熱：編入試験問題
	波動：編入試験問題
	解答・解説編